复合材料增强体定义和分类

1.1 增强体的概念

增强体的概念：

复合材料中能明显提高基体材料某一性能的组元物质

增强体的特征：

（1）具有能明显提高基体某种所需的特殊性能；

（2）增强体应具有稳定的化学性质；

（3）与基体有良好的润湿性

1.2 增强体的分类

（1）颗粒类增强体（零维）

性能特点：高强度、高模量、耐热、耐磨、耐腐蚀

实例：碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳化硼、石墨、碳化钛、滑石、碳酸钙等无机非金属颗粒

复合材料性能特点：具有各向同性

（2）纤维类增强体（一维）

连续长纤维：

长度：连续长度一般超过数百米；

性能特点：沿轴向有很高的强度和弹性模量

分类：分为单丝和束丝两种。

应用：成本高、性能高，只用于高性能复合材料复合材料性能特点：具有各向异性

连续长纤维实例

单丝：硼纤维、CVD法制备的碳化硅纤维

（直径约为95-140微米）

束丝：碳纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维

烧结法制备的碳化硅纤维等

（含500-12000根单丝，

单丝直径5.6-14微米）

短纤维：

长度：连续长度一般几十毫米

性能特点：沿轴向有方向性，但性能一般比长纤维低应用：成本比较低，应用广

实例：硅酸铝纤维、氧化铝纤维

碳纤维、氮化硼纤维等

复合材料特点：无明显方向性(制造时排列无序

短纤维：

长度：连续长度一般几十毫米

性能特点：沿轴向有方向性，但性能一般比长纤维低应用：成本比较低，应用广

实例：硅酸铝纤维、氧化铝纤维

碳纤维、氮化硼纤维等

复合材料特点：无明显方向性(制造时排列无序)

（3）晶须类增强体（一维）

外形尺寸：直径0.2-1微米，长约为几十微米

性能特点：有很高的强度和模量

（结构细小、缺陷少）

应用：陶瓷增韧（成本比颗粒高得多）

实例：碳化硅、氧化铝、氮化硅等

复合材料性能特点：各向同性。

（4）金属丝增强体（一维）

不锈钢丝、钨丝等（W/Al、W/Ni、不锈钢丝/Al）

（5）片状物增强体（二维）

陶瓷薄片：SiC/C、SiC/ZrO2、Si3N4/BN等。

（6）纤维编织类增强体（三维）

纤维编织成的三维结构

1.3 纤维类增强体具有高强度的原因

（1）固体材料的理论强度：

σth = (Eγ/a0)1/2

纤维类增强体：

Be、B、C、Al、Si以及它们与N、O的化合物（常温下原子半径小、化学性质稳定）纤维类增强体理论强度高

纤维材料所包含的缺陷的形状、位置、取向和数目

都有别与同质地的块状材料

内部径向最大裂纹尺寸：

非常小（纤维类增强材料）

一般（同质地块状材料）

内部轴向最大裂纹尺寸：

一般（纤维类增强材料）

一般（同质地块状材料）

纤维中轴向的最大裂纹尺寸虽然可与块体材料中的相比，但对轴向性能的影响则很小（纤维主要承受轴向拉伸载荷）